DE2749468A1 - Elektromagnetisches umschlagrelais - Google Patents

Description

HOFFMANN · EITJJE On PARTNER 2 7 A 9 4 6 8

PAT E N TAN WALTE

DR. ING. L. HOFFMANN (1930-197«) ■ DIPL-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN ■ DIPl.-ING. W. IEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. β. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MONCH EN 81 · TELEFON (OW) 911087 · TELEX 05-2M19 (PATHE)

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ISKRA ZP Ljubljana, ο.sub.ο., Ljubljana/ Jugoslawien

Elektromagnetisches Umschlagrelais

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Umschlagrelais, bei dem im Spulenkörper Polschuhe, deren Anschlüsse und die Anschlüsse für die Erregerspule sowie ferromagnetische Einlagen fest eingebaut sind, und das mit einem ferromagnetischen Joch als U-förmigem Deckel umgeben ist, wobei sich innerhalb des Spulenkörpers ein flacher ferromagnetischer Anker befindet.

Ein derartiges Relais ist beispielsweise durch die DT-OS 24 61 884 bekannt geworden. Dieses Relais weist neben seinen guten Eigenschaften den Nachteil auf, daß sich sein Aufbau für eine bistabile Funktion des Relais vom Aufbau für eine monostabile Funktion unterscheidet. Ein weiterer Nachteil des bekannten Relais liegt darin, daß die Lage des Ankers in Längsrichtung nicht eindeutig bestimmt ist. Deswegen besteht bei einer solchen Befestigung des Relais, bei der sich der Anker in einer senkrechten Lage befindet, die Möglichkeit, daß der Anker bei Schlagen von außen auf das Relais nach unten rutscht und sich mit seinem unteren Ende an die untere Magnet-Einlage oder den Spulenkörper anlehnt, was Unzuverlässigkeit beim Umschlagen zur Folge hat. Das bekannte Relais ermöglicht nach dem Zusammenbau auch keine Änderung der Empfindlichkeit bzw. keine Einstellung dieser Empfindlichkeit auf einen vorgeschriebenen Wert, welcher wegen der Toleranzen der Magnete, die in das Relais eingebaut werden, sowie der Toleranzen der übrigen Bauteile nicht eingehalten werden

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kann. So ist es notwendig, daß diese Magnete sowie die übrigen Bauteile genau ausgewählt werden, wodurch die Herstellung kostenaufwendiger wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Relais der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Ausführungen nicht aufweist. Das Relais soll einfach und preiswert herstellbar sein, d.h. es soll für die bistabile und monostabile Ausführung der gleiche Aufbau verwendbar sein, bei dem also weder das Herstellungsverfahren noch die dafür notwendigen Fertigungswerkzeuge geändert werden müssen. Das Relais soll außerdem eine Einstellung der Empfindlichkeit in vollkommen fertigem Zustand ermöglichen. Mit der Erfindung soll ein Relais geschaffen werden, das eine preiswertere bistabile und mit einer geringfügigen Ergänzung eine monostabile Ausführung ermöglicht, bei dem die Ruhelage ausdrücklich ausgeprägt ist und die Grundausführung trotzdem nur in geringem Maße geändert werden muß. Alle Ausführungen sollen auch die Eigenschaft besitzen, daß ihre Befestigungslage beliebig ist, wodurch sie unempfindlich gegen Schläge aus jecfer Richtung sind. Schließlich sollte eine Weiterbildung des Relais die Eigenschaft haben, daß die Möglichkeit einer Verschmutzung der Kontakte mit Staub, der bei der Tätigkeit des Relais in dessen Innerem entsteht, so gut wie möglich verhindert wird.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Relais der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der im Raum zwischen dem Joch und den Polschuhen vorgesehenen ferromagnetischen Einlagen vom dazugehörenden Polschuh teilweise magnetisch isoliert ist und der Anker in der Mitte seiner Längsachse je einen seitlich vorstehenden rechteckförmigen Ansatz aufweist, der in der Ankerebene liegt und sich in einem im Spulenkörper ausgebildeten Lager befindet, und daß dieses Lager eine Vertiefung in Form des Querschnitts durch eine bikonkave Linse aufweist.

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Um eine Längsverschiebung des Ankers zu verhindern, weist der Anker in der Mitte zwei seitliche rechteckige Ansätze auf, welche in der Ankerebene liegen. Diese Ansätze ragen in die Lager, die eine Vertiefung in Form des Querschnitts durch eine bikonkave Linse aufweisen. Die Ansätze können demgemäß abwälzend über ein derart geformtes Lager rollen, eine Längsverschiebung des Ankers ist dagegen vollständig verhindert. Da weiter der Ansatz in Längsrichtung des Ankers sehr kurz ist, ist dadurch auch das Drehmoment gering, das der Anker zu überwinden hat, wenn der Ansatz mit seinem Rand an der Innenwand des Lagers anliegt.

Um eine einfache Einstellung des Relais auf die verlangte Empfindlichkeit zu ermöglichen, ist das Relais für eine magnetische Einstellung der Empfindlichkeit vorbereitet. Wie bekannt, ist bei Keramikmagneten, die eine wirtschaftlich logische Lösung für die Verwendung in solchen Relais darstellen, eine Änderung der Magnetfeldstärke in Richtung des Polschuhs nur mit der Änderung der wirksamen Komponente dieses Feldes bzw. mit der Änderung der Magnetisierungsrichtung dieser Magnete möglich. Dies ist dadurch ermöglicht, daß sich zwischen einem jeden Dauermagneten und dem Polschuh ein Teil des Spulenkörpers befindet, der eine teilweise magnetische Isolation zwischen beiden darstellt. Dadurch wird ermöglicht, daß die Kraftlinien aus den einzelnen Magneten in einer Richtung austreten, die nicht immer eine Normale auf den entsprechenden Polschuh ist.

Bei einer Ausführung, die als bistabiles Relais verwendbar ist, sind alle ferromagnetischen Einlagen Dauermagnete, die eine Quaderform besitzen und in gleicher Richtung polarisiert sind, wodurch sie zusammen mit dem ferromagnetischen Joch und dem Anker eine Magnetbrücke bilden. Bei einer anderen Ausführung, die für ein monostabiles Relais bestimmt ist, sind zwei diagonal gegenüberliegende ferromagnetische Einlagen Quader aus weichmagnetischem Werkstoff, während die übrigen zwei ferromagnetischen Einlagen in gleicher Richtung polarisierte Dauermagneten sind.

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Bei einer weiteren Ausführung, die für ein bistabiles Relais bestimmt ist, ist das Relais hinsichtlich der Dauermagneten an einem Ende des Ankers gleich wie bei der oben beschriebenen bistabilen Ausführung ausgeführt, während sich am anderen Ende des Ankers zwischen den Polschuhen ein anderer Dauermagnet befindet, der in Gegenrichtung polarisiert ist.

Eine monostabile Ausführung des Relais bei dieser weiteren Ausführung kann dadurch erreicht werden, daß in den Raum zwischen dem Joch und dem einen Polschuh ein zusätzlicher Dauermagnet, der gleich polarisiert ist wie der zwischen den beiden Polschuhen eingesetzte Magnet, angeordnet ist.

Da der Betrieb des Relais eine Staubbildung, d.h. ein Abfallen des nichtmagnetischen Kontaktwerkstoffes und der Teile des Kunststoffes, der den Spulenkörper bildet, verursacht, sind im Inneren des Spulenkörpers ringförmige Nuten ausgeführt, in denen diese Staubpartikeln gesammelt werden, wodurch in großem Maße die Möglichkeit einer Verschmutzung der Kontaktoberflächen sowohl auf dem Anker als auch auf den Polschuhen herabgesetzt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Relais im Aufriß und Querschnitt,

Fig. 2 die erste Ausführung des erfindungsgemäßen Relais im Grundriß und Querschnitt,

Fig. 3 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Relais im Aufriß und Querschnitt,

Fig. 4 die zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Relais im Grundriß und Querschnitt, und

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Fig. 5 die erste Ausführung des erfindungsgemäßen Relais in axonometrischer Projektion des Querschnitts.

Fig. 1 und 2 stellen die erste Ausführung des erfindungsgemäßen Relais im Querschnitt dar. Das Relais enthält vier ferromagnetische Einlagen 1,2, 3 und 4, die in bistabiler Ausführung alle Dauermagnete und in gleicher Richtung so polarisiert sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Weiter sind vier ferromagnetische Polschuhe 7, 8, 9 und 10 nahe den ferromagnetischen Einlagen 1, 2, 3 und 4 angeordnet, die gleichzeitig als elektrische Kontakte wirken. Die ferromagnetischen Einlagen 1,2, 3 und 4 sind von den ferromagnetischen Polschuhen 7, 8, 9 und 10 durch einen Spulenkörper 11 oder ein anderes Isolierelement getrennt, wodurch neben der elektrischen auch eine teilweise magnetische Isolierung erzielt wird. Ein Anker 5, der durch eine sich auf dem Spulenkörper 11 befindende Spule 12 erregt wird, schließt jeweils zwei diametral angeordnete ferromagnetische Polschuhe 7 und 10 oder 8 und 9 kurz, welche gleichzeitig elektrische Kontakte sind. Der Anker 5, der sowohl elektrisch als auch magnetisch leitend ist, ist aus weichmagnetischem Werkstoff mit niedriger Elastizität hergestellt, er ist flach und besitzt eine Kreuzform. Auf diese Weise vorgesehene seitliche Ansätze 14 ermöglichen eine drehbare Einspannung in Lager 13. Die Lager 13 weisen eine Vertiefung in Form des Querschnitts durch eine bikonkave Linse auf. In dieser Vertiefung befinden sich die Ansätze 14 des Ankers 5. Der waagerechte Durchmesser der Vertiefung ist etwas größer als die Breite des Ansatzes 14. Dadurch wird trotz größerer Fertigungsabweichungen beim Anker 5, den Polschuhen 7, 8, 9 und 10 und dem Spulenkörper 11 ein gutes Anliegen des Ankers 5 an die magnetischen Polschuhe 7, 8, 9 und 10 sichergestellt.

In Längsrichtung wird der Anker 5 so kurz wie möglich ausgebildet, um die Massenträgheitskräfte klein zu halten. Andererseits muß der Anker 5 aber so lang ausgebildet werden, daß ein ausreichender und optimaler Kontaktdruck zwischen Anker 5 und Polschuhen 7, 8, 9 und 10 sichergestellt ist.

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Wenn für die diametral liegenden ferromagnetischen Einlagen, z. B. die Einlagen 1 und 4, Dauermagnete und für die übrigen ferromagnetischen Einlagen 2 und 3 weichmagnetische Einlagen gewählt werden, wird eine monostabile Ausführung des erfindungsgemaßen Relais erreicht, bei welcher bei unerregter Spule 12 die Polschuhe 7 und 10, bei Erregung der Spule 12 in richtiger Richtung jedoch die Polschuhe 8 und 9 und dadurch die dazugehörenden elektrischen Anschlüsse kurzgeschlossen werden.

Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, befindet sich zwischen den einzelnen Polschuhen 7, 8, 9 und 10 und den ferromagnetischen Einlagen 1, 2, 3 und 4, die Dauermagnete sein können, ein Spulenkörperteil, der es verhindert, daß die magnetischen Kraftlinien, die aus den Magneten austreten, gänzlich in die einzelnen Polschuhe 7, 8, 9 und 10 übergehen und es so ermöglicht, daß jeder dieser Magnete ein Streufeld besitzt. Wenn das erfindungsgemäße Relais derart in ein magnetisches Feld gebracht wird, daß dieses Feld weder senkrecht zur Ebene des Ankers 5 noch in Richtung des Ankers 5 verläuft, dann werden die einzelnen Dauermagnete, wenn es Keramikmagnete sind, in Richtung der Kraftlinien dieses äußeren Magnetfeldes magnetisiert werden. Deshalb wird sich ihre effektive, in Richtung der Polschuhe gerichtete Komponente ändern, wodurch sich auch die Empfindlichkeit des Relais ändern wird. Auf diese Weise ist es bei gleichzeitiger Kontrolle der Empfindlichkeit des Relais und dessen Drehen im äußeren Magnetfeld möglich, seine Umschlagempfindlichkeit, die von der Stromstärke durch die Spule 12 abhängig ist, nach dem Zusammenbau des Relais zu ändern.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Relais ist in Fig. 3 und 4 dargestellt. Dieses Relais, das an einem seiner Enden wie das Relais nach Fig. 1 und 2 zwei Dauermagnete 1 und aufweist, die in einer Richtung polarisiert sind, besitzt am anderen Ende, eingelegt zwischen den beiden Polschuhen 9 und 10, einen einzigen Dauermagneten 16, dor in Gegenrichtung polarisiert ist. Dieses Relais ist in solcher Ausführung ein bistabiles Re-

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lais, das sich von der Grundausführung insofern unterscheidet, als nur drei Dauermagnete verwendet werden. Diese Ausführung kann durch Ergänzung mit einem weiteren Dauermagneten 3, der sich auf der gleichen Seite wie der Dauermagnet 16 und im Raum zwischen dem Joch 6 und dem Polschuh 9 befindet und auch in gleicher Richtung wie der Dauermagnet 16 polarisiert ist, in eine monostabile Ausführung geändert werden, die sich von der monostabilen Ausführung nach dem ersten Ausführungsbeispiel insofern unterscheidet, als die Ruhelage des Ankers 5 bei dieser zweiten Ausführung viel stärker ausgeprägt ist. Die Ursache dafür liegt darin, daß sich in der Ruhelage des Ankers 5 die Anziehungskräfte der Dauermagnete 1,3 und 16 addieren, in der Gegenlage, die mit einer entsprechenden Erregung der Spule 12 erreicht wird, dagegen die Anziehungskräfte der Dauermagnete 1 und 16 addieren, während sich die Anziehungskräfte der Dauermagnete 2 und 3 kompensieren.

Obwohl diese zusätzlichen Ausführungen der Relais nicht in solchem MaBe für eine magnetische Einstellung deren Empfindlichkeit geeignet sind, würde eine entsprechend konstruierte Magnetisierungsvorrichtung, die den Einfluß des Außenmagnetfeldes hauptsächlich auf eine Relaishälfte begrenzt, auch eine magnetische Einstellung bei zusammengebautem Relais ermöglichen.

Nuten 17 im Inneren des Spulenkörpers 11 sind vorzugsweise so ausgeführt, daß sie eine möglichst große Oberfläche aufweisen, wodurch die Eigenschaft verbessert ist, daß darin Staub verbleibt, der beim Aufeinanderschlagen der Kontakte aufeinander an diesen entsteht und abfällt. Die Nuten 17 haben deshalb eine ringförmige Form und einen quadratischen Querschnitt.

Es ist zweckmäßig, daß der Anker 5 und die Polschuhe 7, 8, 9 und 1O, die aus weichmagnetischem Werkstoff gefertigt sind, galvanisch mit einer dickeren Schicht mit niedrigem ohmschem Widerstand überzogen oder mit Kontaktbauteilen, z.B. Kontaktnieten,

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ausgestattet werden, wodurch der Übergangswiderstand herabgesetzt und die Betriebszuverlässigkeit erhöht wird.

Das erfindungsgemäße elektromagnetische Relais wird auf bekannte Weise hermetisch mit einer Vergußmasse 15 verschlossen und mit einem Schutzgas gefüllt.

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Leerseite

Claims (6)

1. HOPPMANN · SITLIS Λ PARTNER ? 7 4 9 £ ß 8

   PATENTANWALT«

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   Dlfl.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. ·. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-MOO MÖNCHEN «1 · TELEFON (OW) ΠΙΟ» · TELEX 05-2W19 (ΓΑΤΗΕ)

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   ISKRA ZP Ljubljana, ο.sub.ο., Ljubljana/Jugoslawien Elektromagnetisches Umschlagrelais Patentansprüche :

   ζ.J Elektromagnetisches Umschlagrelais, bei dem im Spulenorper Polschuhe, deren Anschlüsse und die Anschlüsse für die Erregerspule sowie ferromagnetische Einlagen fest eingebaut sind, und das mit einem ferromagnetischen Joch als U-förmigem Deckel umgeben ist, wobei sich innerhalb des Spulenkörpers ein flacher ferromagnetischer Anker befindet, dadurch gekennzeichnet, daß jede der im Raum zwischen dem Joch (6) und den Polschuhen (7,8,9,1O) vorgesehenen ferromagnetischen Einlagen (1,2, 3,4) vom dazugehörenden Polschuh (7,8,9,10) teilweise magnetisch isoliert ist und der Anker (5) in der Mitte seiner Längsachse je einen seitlich vorstehenden rechteckförmigen Ansatz (14) aufweist, der in der Ankerebene liegt und sich in einem im Spulenkörper (11) ausgebildeten Lager (13) befindet, und daß dieses Lager (13) eine Vertiefung in Form des Querschnitts durch eine bikonkave Linse aufweist.
2. 2. Elektromagnetisches Umschlagrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet , daß alle vier ferromagnetischen Einlagen (1,2,3,4) Dauermagneten sind, die in gleicher Richtung polarisiert sind.
3. 3. Elektromagetisches Umschlagrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diagonal gegenüberliegende ferromagnetische Einlagen (1,4), Dauermagnete sind, die in gleicher Richtung polarisiert sind, und daß die übrigen zwei ferromagnctischen Einlagen (2, 3) weichmagnetische Einlagen sind.

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   ORIGINAL INSPECTED
4. 4. Elektromagnetisches Umschlagrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung der als Dauermagnete ausgebildeten ferromagnetischen Einlagen (1, 2,16) im Spulenkörper (11) derart unsymmetrisch ist, daß bei einem Paar einander gegenüber angeordneter Polschuhe (7,8) die Dauermagnete (1,2) im Raum zwischen dem jeweiligen Polschuh (7,8) und dem Joch (6) angeordnet und in einer Richtung polarisiert sind, während der dritte Dauermagnet (16) zwischen den beiden Polschuhen (9,10) des gegenüberliegenden Paares der Polschuhe (9,10) angeordnet und in Gegenrichtung der übrigen Dauermagnete (1,2) polarisiert ist.
5. 5. Elektromagnetisches Umschlagrelais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß auf derjenigen Seite des Relais, auf welcher der Dauermagnet (16) zwischen den Polschuhen (9,10) angeordnet ist, im Raum zwischen dem einen Polschuh (9) und dem Joch (6) ein zusätzlicher Dauermagnet (3) angeordnet ist, der in der gleichen Richtung wie der Dauermagnet (16) zwischen den Polschuhen (9,10) polarisiert ist.
6. 6. Elektromagnetisches Umschlagrelais nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Inneren des Spulenkörpers (11) ringförmige Nuten (17) befinden, die einen rechteckigen Querschnitt besitzen.

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